История хаотической ранней фазы Солнечной системы, закованная в камне
Исследователи из ETH Zurich и Национального центра компетенций в области исследований (NCCR) PlanetS в сотрудничестве с международной командой проанализировали образцы железа из ядер астероидов, приземлившихся на Землю в виде метеоритов, которые показали часть своей ранней истории во времена формирования планет. Выводы были опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Команда проанализировала один из образцов железного метеорита. Кредит: Аурелия Мейстер
До образования Земли и других планет молодое солнце все еще было окружено космическим газом и пылью. На протяжении тысячелетий из пыли образовывались обломки горных пород разного размера. Многие из них стали строительными блоками для более поздних планет. Другие не стали частью планеты и до сих пор вращаются вокруг Солнца, например, как астероиды в поясе астероидов.
Исследователи из ETH Zurich и Национального центра компетенций в области исследований (NCCR) PlanetS в сотрудничестве с международной командой проанализировали образцы железа из ядер таких астероидов, которые приземлились на Землю в виде метеоритов. При этом они распутали часть своей ранней истории во времена формирования планет. Их выводы были опубликованы в журнале Nature Astronomy .
Свидетели ранней Солнечной системы
«Предыдущие научные исследования показали, что астероиды в Солнечной системе практически не изменились с момента их образования миллиарды лет назад», — объясняет ведущий автор исследования и исследователь из ETH Zurich и NCCR PlanetS Элисон Хант. «Поэтому они представляют собой архив, в котором сохраняются условия ранней Солнечной системы», — говорит Хант.
Но чтобы открыть этот архив, исследователям пришлось тщательно подготовить и изучить внеземной материал. Команда взяла образцы из 18 различных железных метеоритов, которые когда-то были частью металлических ядер астероидов. Для проведения анализа им пришлось растворить образцы, чтобы выделить элементы палладий, серебро и платину для их детального анализа. С помощью масс-спектрометра они измерили содержание различных изотопов этих элементов. Изотопы — это отдельные атомы определенных элементов, в данном случае палладия, серебра и платины, которые имеют одинаковое количество протонов в своих ядрах, но различаются по количеству нейтронов.
В первые несколько миллионов лет существования нашей Солнечной системы металлические ядра астероидов нагревались за счет радиоактивного распада изотопов. Когда они начали остывать, начал накапливаться специфический изотоп серебра, образующийся в результате радиоактивного распада. Измерив современное соотношение изотопов серебра в железных метеоритах, исследователи смогли определить, когда и как быстро остыли ядра астероидов.
Результаты показали, что охлаждение было быстрым и, вероятно, произошло из-за сильных столкновений с другими телами, которые разорвали изолирующую скалистую мантию астероидов и обнажили их металлические ядра холоду космоса. Хотя предыдущие исследования, основанные на измерениях изотопов серебра, указывали на быстрое охлаждение, время оставалось неясным.
«Наши дополнительные измерения содержания изотопов платины позволили нам скорректировать измерения изотопов серебра на искажения, вызванные космическим облучением образцов в космосе. Таким образом, мы смогли датировать время столкновений более точно, чем когда-либо прежде», — сообщает Хант. «И, к нашему удивлению, все ядра астероидов, которые мы исследовали, были обнаружены почти одновременно, в пределах от 7,8 до 11,7 миллионов лет после образования Солнечной системы», — говорит исследователь.
Почти одновременные столкновения различных астероидов показали команде, что этот период, должно быть, был очень неспокойной фазой Солнечной системы. «Кажется, в то время все рушилось», — говорит Хант. «И мы хотели знать, почему», — добавляет она.
Из лаборатории в солнечную туманность
Команда рассмотрела различные причины, объединив свои результаты с результатами последних, самых сложных компьютерных симуляций развития Солнечной системы. Вместе эти источники могут сузить круг возможных объяснений.
«Теория, которая лучше всего объяснила эту энергетическую раннюю фазу Солнечной системы, указывала, что она была вызвана прежде всего рассеянием так называемой солнечной туманности», — соавтор исследования, член NCCR PlanetS и профессор космохимии в ETH Zurich, Мария Шенбахлер поясняет. «Эта солнечная туманность — остаток газа, оставшегося от космического облака, из которого родилось Солнце. В течение нескольких миллионов лет она все еще вращалась вокруг молодого Солнца, пока ее не сдуло солнечным ветром и излучением», — говорит Шёнбахлер.
Пока туманность еще существовала, она замедляла объекты, вращающиеся в ней вокруг Солнца, подобно тому, как сопротивление воздуха замедляет движущийся автомобиль. Исследователи предполагают, что после того, как туманность исчезла, отсутствие газового сопротивления позволило астероидам ускориться и столкнуться друг с другом, как бамперные автомобили, которые были переведены в турборежим.
«Наша работа показывает, как улучшения в методах лабораторных измерений позволяют нам делать выводы о ключевых процессах, происходивших в ранней Солнечной системе, например, о вероятном времени, когда исчезла солнечная туманность . Планеты, такие как Земля, все еще находились в процессе рождения. В конечном счете, это может помочь нам лучше понять, как родились наши собственные планеты, а также дать нам представление о других за пределами нашей Солнечной системы », — заключает Шенбехлер.
